TNT和温压炸药浅埋爆炸效应差异性研究

为研究TNT和温压炸药浅埋爆炸效应的差异性,文章开展了浅埋爆炸试验,系统分析了TNT和温压炸药在爆坑形貌和地表空气冲击波波形等方面的差异。结果表明:相同工况的浅埋爆炸,温压炸药产生的爆坑直径、深度以及体积都大于TNT,装药埋深为0.1 m和0.3 m时,温压炸药产生的爆坑体积分别是TNT的1.2倍和2.3倍。通过对测得的冲击波参数进行比较,分析得出:当埋深为0.1 m和0.3 m时,比例距离为1的测点处温压炸药产生的冲击波峰值压力分别是TNT的2.16倍和1.41倍;在研究范围内,比例距离和埋深变化对不同类型装药的冲击波冲量衰减量影响很小,但对衰减率有较大影响,当埋深从0.1 m增加为0.3 m时,2种类型装药的冲量衰减率都增加了近1倍。

不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波衰减特性研究

为了研究不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波的衰减特性,采用高速摄像探究气泡帷幕在受到冲击波冲击后形态变化,结合冲击波压力时程曲线进行分析。结果表明,气泡帷幕中的气泡受到冲击波作用后会发生数次膨胀收缩行为,随着气流量增加,气泡膨胀的最大直径增大,第一次膨胀收缩周期变长;且气泡帷幕对水下冲击波压力有很强的衰减作用,气流量上升幅度越大,冲击波压力峰值衰减越明显,在气流量40 L/min下,冲击波峰值衰减高达88.98%;气流量大于20 L/min后,冲击波冲量衰减幅度均大于50.00%。针对气流量大小与压力峰值下降幅度的关系进行曲线拟合,提出适用于该工况下的经验方程,以期指导实际工程。

结构参数对闭口体系新型激波吹灰器工作特性的影响研究

锅炉吹灰器可以有效实现清除锅炉内部的积灰,提高锅炉运行效率,对锅炉安全运行具有重要意义。SPG型激波吹灰器是在传统激波吹灰器基础上发展而来的闭口体系新型高性能吹灰器,使用数值方法对该装置的可行性进行验证,并分析工作特性,可以为实际应用与改进提供参考。基于CFD技术,将SPG型激波吹灰器作为研究对象,使用动网格技术对设备内活塞的真实运动过程进行仿真模拟,利用Fluent软件模拟计算SPG型激波吹灰器内部流场的连续变化这一动态过程,并通过调整喷管、燃烧室以及压力蓄能器的结构参数,在出口处监测得到各部件结构参数变化对排气特性的影响规律,获取其工作特性。结果表明:喷管的长径比从2增加到4时,出口参数峰值出现滞后现象,但压力峰值与速度峰值获得显著提升,且喷管的扩张段改为直管可以降低膨胀损失,适当增加喷管长径比并直接连接直管是一种较好的方案;燃烧室径向和轴向壁面之间的间距缩短均可使出口压力峰值提高,但轴向距离缩短压力峰值增加幅度更大;在压力蓄能器中,去除阻尼装置压力提升较少,且无法减缓活塞复位,使排出气体减少,去除限位器后喷管出口压力大幅提高,但其峰值持续时间变短。

坡度对爆炸冲击波传播影响的试验研究

为了研究坡度对冲击波传播的影响,在试验场构建了不同坡度的斜坡地形,通过超压测试系统获取了斜坡地形的冲击波超压。对比发现,在坡头前,测点的超压峰值和超压峰值达到时间与平地时的冲击波参数基本相同,冲量增大;上坡时,超压峰值、冲量随着坡度的增大而增大,超压峰值到达时间随着坡度的增大而减小;下坡时,超压峰值、冲量随着坡度绝对值的增大而减小,超压峰值到达时间随着坡度绝对值的增大而增大。得到了不同坡度时冲击波超压峰值和超压峰值到达时间相应的工程计算公式。

负压条件下球形爆炸容器内乳化炸药冲击波参数研究

为了探究负压条件下乳化炸药冲击波参数,在4m直径可调真空度球形爆炸容器内,开展不同负压和不同药量条件下的乳化炸药内爆实验,获得冲击波的超压时程曲线,重新拟合了乳化炸药在不同负压环境下的峰值超压公式和正压冲量公式。结果表明,乳化炸药质量每减少50g,峰值超压平均下降27%;环境压力每降低20kPa,峰值超压平均下降8.66%;乳化炸药在不同负压环境下的正压冲量约为单质炸药的81.3%;负压条件下的乳化炸药峰值超压和正压冲量实验值与传统经验公式相比误差均大于10%,而基于常压实验值拟合的公式与不同工况下的实验值误差均小于4%,能够精确预测不同负压环境下乳化炸药的冲击波参数。

装药埋深对地表空气冲击波影响的试验研究

为研究土壤中装药埋深对地表空气冲击波传播规律的影响,开展了5kg TNT的触地爆炸试验以及埋深分别为0.108、0.228、0.85m的爆炸试验,获得了多个比例距离处的冲击波峰值压力、冲量以及正压作用时间数据,分析了埋深对冲击波传播特性的影响。结果表明,冲击波峰值压力和冲量随着埋深的增加而减小,随着爆距的增大而减小;触地爆炸比例距离为4的测点处其峰值压力是比例距离为1处的3.24%,埋深为0.108m的爆炸试验比例距离为4处的测点其峰值压力是比例距离为1处的25.02%;埋深为0.108m时,比例距离为1处的峰值压力和冲量分别是触地爆炸对应值的8.7%和20.4%;并对两种工况的正压作用时间进行了分析,触地爆炸的正压作用时间随爆心距增加呈指数增加,埋深为0.85m的爆炸试验其正压作用时间呈对数增加。通过对试验数据的进一步分析,建立了冲击波峰值压力、冲量与埋深、比例距离的工程计算模型,可用于浅埋爆炸时弹药威力评价与毁伤效能预估。

浅埋爆炸空气冲击波峰值压力计算方法研究

为研究装药比例埋深和比例距离对浅埋爆炸空气冲击波峰值压力的影响,测试了3种比例埋深工况下,7种比例距离处浅埋爆炸空气冲击波的峰值压力,结合量纲分析对试验数据进行拟合,得到了浅埋爆炸空气冲击波峰值压力的经验公式。结果表明:空气冲击波峰值压力随着比例埋深和比例距离的增加而减小;随着比例距离增加,比例埋深对空气冲击波峰值压力的影响减弱;空气冲击波峰值压力ΔPD与装药量Q、爆心距R和埋深L有关,其经验公式为:■。

水下爆炸载荷特性数值计算方法

为了更好地研究水下爆炸冲击载荷,通过数值模拟的方式模拟水下爆炸过程中产生的爆炸冲击波和气泡脉动2种原生载荷。运用有限元软件AUTODYN建立一维炸药-水域模型模拟炸药爆炸产生的爆炸载荷,通过对比经验公式对有限元模型可靠性进行验证,计算结果与经验公式误差不超过15%。同时研究了爆距、炸药当量和水深等变量对水下爆炸冲击波以及气泡脉动的影响。

沙土地面对柱形装药近地爆轰波的影响

为了研究沙土地面对柱形装药冲击波传播的影响,运用AUTODYN-2D对不同爆高、不同入射角度的柱形装药对刚性地面和沙土地面近地爆炸进行数值模拟。通过对比不同爆高下装药垂直地面的数值模拟,发现爆高小于0.5 m时,沙土地面的凹坑会对冲击波形成聚集效应,使得沙土地面附件的峰值超压大于刚性地面;爆高大于0.5 m时,沙土地面的吸能效应占据主要因素,使得刚性地面附件的峰值超压大于沙土地面,沙土地面的峰值超压相较于刚性地面平均衰减率约为20%;由于沙土地面松软特性,会增加正压作用时间,正压作用时间增加至少0.6 ms。通过对比装药不同方位角的数值模拟,方位角在0°~90°时装药两侧峰值超压有明显差异,方位角为0°时装药两侧峰值超压较大,毁伤效果更好。

爆炸冲击波在扁平大空间内的传播规律

为研究爆炸冲击波在地下停车场等扁平大空间内的传播规律,采用AUTODYN软件建立了二维轴对称分析模型,分析了8种质量的TNT在扁平大空间中间位置地面处引爆后冲击波的传播特性。通过结合爆炸冲击波传播云图和部分测点的压力时程曲线,分析发现冲击波在传播过程中会形成多个马赫波,首个马赫波的马赫杆高度可以达到空间净高,后续马赫波的马赫杆高度较小,但传播速率大,最终会追上首个马赫波,并与其汇合,在汇合处峰值超压较马赫杆其他位置有所增加,随着传播距离的增加后续马赫波对首个马赫波的影响越来越小。给出了根据比例净高确定马赫波阵面峰值超压恒定的临界点水平位置和对应最大峰值超压值的计算公式,给出了根据平面比例爆距确定最大峰值超压平均值的计算公式。

空中气压环境对爆炸冲击波的影响研究

为获取不同气压环境下的爆炸冲击波传播规律,实现对不同气压环境下的爆炸冲击波性能快速预估,采用非线性动力学软件AUTODYN进行数值模拟,对数据进行分析与拟合,并通过低气压环境冲击波传播试验对拟合公式进行精度验证。结果表明:在同一对比距离下,冲击波超压峰值随着大气压力降低显著下降,低气压环境不利于冲击波的正常传播;基于数值模拟结果拟合考虑大气压力和温度效应的计算模型,对比试验结果,拟合公式计算误差小于15.0%,平均误差小于±7.8%。

封闭巷道挡板对爆炸冲击波传播的影响研究

为了研究封闭巷道岔路口处挡板设置位置对冲击波传播特性影响,使用ANSYS数值计算软件进行二维爆炸流场模拟,针对挡板的方向及位置进行了比较,监测并绘制了管网中各点的超压变化曲线以及挡板处的速度矢量图,分析爆炸冲击波的传播规律。研究结果表明:单挡板放置在冲击波去向侧时,对巷道底部的超压影响相比无挡板的情况变化不大,但对封闭巷道中心部位的超压削弱效果最佳,并对压力的波动具备一定稳定效果;在设置双挡板且双挡板均放置在冲击波去向侧时,对封闭巷道中心部位的超压削弱程度最大,而双挡板异侧放置且入口处挡板在冲击波来向侧时,对巷道内壁面的超压削弱效果最佳。

复杂坑道内温压炸药冲击波效应试验研究

通过在复杂坑道中进行温压炸药和TNT炸药爆炸试验,分别获得了冲击波峰值压力、冲击波冲量和热响应温度曲线。研究了温压炸药爆炸冲击波在复杂坑道环境内的传播规律,并对比分析了温压炸药和TNT炸药爆炸效应参数的特性。研究结果表明:复杂坑道冲击波超压曲线出现几个峰值,随着爆心距的增加,首峰不再是最大峰值;弯道不但能显著减小炸药爆炸冲击波峰值压力,而且还能增大冲击波冲量;温压炸药试样在坑道中的冲击波超压峰值、冲击波冲量及热响应温度普遍大于TNT炸药,并且出现了明显的二次燃烧现象。

界面对浅层水中爆炸冲击波峰值压力影响的研究

在水中爆炸试验研究的基础上 ,分析了爆炸冲击波峰值压力随比例水深、炸高、测高变化的规律。研究结果表明 ,水深对爆炸场冲击波值压力影响较小 。

轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法

爆破孔壁压力峰值是进行非流固耦合爆破动力响应分析的重要参数。针对轮廓爆破孔壁压力峰值的计算方法问题,理论分析了爆炸冲击波与弹性壁面的相互作用,推导了空气冲击波与弹性壁碰撞后压力增大倍数的理论解,并采用流固耦合动力有限元数值分析方法,研究了3种岩体介质、2种轮廓爆破常用炸药、5种常用不耦合系数、2种轴向装药系数工况下轮廓爆破的冲击波碰撞压力增大倍数和炮孔壁压力峰值。结果表明:轮廓爆破时,爆炸冲击波与孔壁碰撞后压力增大倍数并不是常值,与炸药特性、孔壁介质条件、不耦合装药系数等因素相关,孔壁压力峰值也与上述因素密切相关。基于模拟的孔壁压力峰值数据的统计分析,并结合理论推导成果及常用爆破孔壁压力峰值计算形式,提出了一种新的轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法。

瓦斯爆炸过程中爆炸波的结构变化规律

在实验的基础上,研究了管内瓦斯爆炸过程中爆炸波结构变化规律。研究结果表明,管内瓦斯爆炸过程中所产生的爆炸波有两个峰值,第一峰值为爆炸波压力,第二峰值压力为火焰到达后加热气体升压所致。形成激波后,爆炸波两峰值往下游传播越来越靠近,测试结果与爆炸传播理论是相互验证的。

冲击波作用下乳化炸药压力减敏的表征方法

引入一个新的物理量———压力减敏程度,来更合理地表征乳化炸药发生压力减敏的难易程度,为研究其作用机理提供量化的分析工具。分别利用乳化炸药发生压力减敏前后的爆炸冲击波峰压及其对数、冲击波能量和总能量计算压力减敏程度,比较并分析计算结果的优劣。结果表明,几个参数计算的结果都能达到相近的效果,用冲击波峰压计算起来简单方便,冲击波能量计算效果较好。用冲击波参数计算的压力减敏程度能够反映乳化炸药压力减敏的本质,建议采用冲击波峰压计算压力减敏程度,在数值差别不明显时采用冲击波能量来计算。

水底爆炸冲击波峰值压力数值仿真

为研究水底爆炸后冲击波峰值压力特性,在对其理论分析的基础上,采用了AUTODYN软件基于ALE和多物质场欧拉2种算法对炸药在水底爆炸冲击波压力进行了数值计算,2种方法计算结果吻合;与在无限水域条件下采用经验公式计算结果相比数值计算结果较大,说明海底的反射作用增大了水中的冲击波压力。

空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的预测及数值模拟

通过对空气中TNT爆炸冲击波超压峰值的已有研究成果进行比较分析,发现不同学者对其预测结果存在一定差别,并据此拟合总结出能较好地描述冲击波超压峰值与比例距离关系的表达式。同时用LS-DYNA动力有限元软件模拟了2种不同装药量条件下空气中TNT炸药爆炸产生的冲击波的传播,模拟所得的超压峰值小于经验公式的结果,装药量大的模拟结果更接近经验公式预测值。有必要对爆炸冲击波的参数和经验公式进行进一步的研究。

爆炸冲击波伤害破坏作用定量分析

针对爆炸事故后果定量分析中存在的模糊认识,对冲击波超压估算方法和爆炸能量计算模型进行了系统论述。冲击波的破坏伤害作用主要取决于峰值超压的大小,立方根比例定律是定量估算冲击波超压最常用的方法。物理性爆炸产生的能量大小与容器内介质的状态和容器的容积有关,化学性爆炸能量的大小主要取决于参与爆炸性燃烧反应的可燃物质的量和燃烧热。蒸气云爆炸能量的估算方法主要有TNT法和TNO法两种,蒸气云爆炸及爆轰的破坏伤害作用既可使用立方根比例定律进行分析,也可以直接使用相关经验模型。